04_Thermodynamik des Glases

Question 1

Wann ist ein Stoff im Gleichgewicht?

Answer 1

Wenn seine gesamte Entropie maximal/seine freie Enthalpie minimal wird.

Question 2

Wie ändert sich das Volumen beim Übergang vom Festkörper zur Schmelze?

Answer 2

Das Volumen steigt sprunghaft an

Question 3

Bis zu welchem Punkt laufen die Kurven des Kristalls und des Glases parallel, wenn man V(T),H(T),S(T) oder cp(T) gegen T aufträgt?

Answer 3

Sie laufen bis zu Tg parallel steigend und dann erfährt die Kurve des Glases einen Sprung nach oben

Question 4

Ist der Glasübergang eine Umwandlung n-ter Ordnung im Ehrenfest’schen Sinne und warum?

Answer 4

Nein ist sie nicht, da die n+1-te Ableitung der cp-Kurve läuft in keinem Fall gegen unendlich

Question 5

Was ist Hvit und Svit und was sagen diese aus?

Answer 5

Hvit = Vitrifikationsenthalpie
Svit = Vitrifikationsentropie

Sie beschreiben den enthalpischen udn entropischen Unterschied zwischen einem Glas und einem Kristall gleicher Chemie.

Question 6

Was bewirkt der Verlust der Freiheitsgrade im Glasübergang?

Answer 6

Sie führen zu einem Abfall der Wärmekapazität und des thermischen Ausdehnungskoeffizieten

Question 7

Welche Faustregeln gibt es mit Tg, Hvit und Svit?

Answer 7

Tg = 2/3 Tm
Hvit = 1/2 Hm
Svit = 1/3 Sm

Question 8

Über welche Formel kann man den Enthalpieunterschied zwischen Glas und isochemischer Kristall bestimmen?

Answer 8

deltaH = HGlas - HKristall = Hvit

Question 9

Wovon hängt der Verlauf der Wärmekapazität ab?

Answer 9

Hvit, deltacp, Tg, Hm und Tm

Question 10

Wie wird Sc(T) auch genannt und was sagt dieses aus?

Answer 10

Es ist die Konfigurationsenthalpie.
Sie nimmt zwischen 0K und Tg einen Wert von Svit und zwischen Tg und Tliq den Wert Sfus an.
Sie fasst die strukturellen Unterschiede zwischen Glas und kristallinem Referenzzustand quantitativ zusammen.

Question 11

Was ist der kristalline Referenzzustand?

Answer 11

es ist der feste Gleichgewichtszustand, der bei der Temperatur Tg des zugeordneten Glases als Kristallphase stabil wäre.

Question 12

Bei welchem Cp-Wert findet der Glasübergang statt?

Answer 12

er findet bei cp = 3Rgrammatom statt

R= 8,314 J/(mol*K)
Grammatom = Zahl der Atome in der stoichiometrischen Formel

Question 13

Welches ist ist Nahordnungsstruktur im Glas, wie auch im KRistall für das reine Quarzglas?

Answer 13

Es ist das [SiO4]^4- Tetraeder

Question 14

Was ist der Referenzphasenraum?

Answer 14

Es ist das unmittelbare Phasendreieck, welches den Punkt der Glaszusammensetzung umschließt und innerhalb des gesamten Phasendreiecks liegt.

Question 15

Was sind die konstitutionellen Phasen?

Answer 15

Es sind die kristallinen Referenzstrukturen, die auf den Ecken des Referenzphasenraums liegen

Question 16

Was ist konstitutionelles Silica?

Answer 16

Es ist SiO2, welches nicht in einer der anderen Phasendurch Reaktionen gebunden wird und sich in der Schmelze langsam auflösen muss

Question 17

Was ist das Kauzmann Paradoxon?

Answer 17

Wenn man eine Flüssigkeit unterhalb ihrer Kauzmann Temperatur abkühlt, man theoretisch eine Phase
erhält, die eine niedrigere Entropie hat, als die entsprechende feste, kristalline Phase.

Question 18

Was ist die Kauzmann Temperatur?

Answer 18

Wenn eine Flüssigkeit nun unterkühlt wird, sinkt der entropische Unterschied zwischen Fest- und Flüssigphase. Extrapoliert man den Verlauf der Entropie unter Tg, erhält man eine
Temperatur, an der der Unterschied zwischen fester und flüssiger Phase gleich Null wird.

Question 19

Was ist die Lösung des Kauzmann Paradoxon?

Answer 19

Die Lösung ist ein Phaseübergang bei einer Temperatur bevor die Flüssigkeit die Kauzmann Temperatur erreicht. Diese Temperatur wird die kalorimetrisch ideale Glasübergangstemperatur T0c genannt.

Question 20

Welche Entropie weist Glas bei einer Temperatur nahe 0K auf?

Answer 20

Einen Wert mit S>0

Question 21

Was ist die Simon’sche Näherung?

Answer 21

Es ist eine Annäherung mittels einer Gerade beim Unterschied zwischen Sglass und Sx. Diese Annäherung führt zu einem konstanten Svit und einem konstanten Hvit für den entropischen und enthalpischen Unterschied zwischen Glas und isochemischen Kristall.